Aplicação de Sistemas Holônicos à Manufatura Inteligente

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
Aplicação de Sistemas Holônicos
à Manufatura Inteligente
Autor: Gustavo Nucci Franco
Orientador: Antonio Batocchio
16/2003

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
Curso: Engenharia Mecânica
Área de concentração: Materiais e Processos de Fabricação
Tese de doutorado apresentada à comissão de Pós-Graduação da Faculdade de
Engenharia Mecânica, como requisito para obtenção do título de Doutor em Engenharia
Mecânica.
Campinas, 2003
SP – Brasil

FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP
F848ac
Franco, Gustavo Nucci
Aplicação de sistemas holônicos à manufatura
inteligente / Gustavo Nucci Franco --Campinas, SP:
[s.n.], 2003.
Orientador: Antonio Batocchio.
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de
Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica.
1. Sistemas de fabricação integrada por
computador. 2. Inteligência artificial. 3. Empresas
virtuais. 4. Planejamento empresarial. I. Batocchio,
Antonio. II.Universidade Estadual de Campinas.
Faculdade de Engenharia Mecânica. III. Título.

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
TESE DE DOUTORADO
Prof. Dr. Antonio Batocchio, presidente
Faculdade de Engenharia Mecânica / UNICAMP
Prof. Dr. João Maurício Rosário
Faculdade de Engenharia Mecânica / UNICAMP
Prof. Dr. Marcius Fabius Henriques de Carvalho
Centro de Pesquisas Renato Archer – CenPRA
Prof. Dr. Paulo Eigi Miyagi
Escola Politécnica / USP
Prof. Dr. Arthur José Vieira Porto
Escola de Engenharia de São Carlos / USP
Campinas, 15 de agosto de 2003

Dedicatória
... à minha família.

Agradecimentos
Agradeço a todos aqueles que me incentivaram e ajudaram na realização deste
trabalho, sobretudo meus pais, parentes e amigos. Agradeço especialmente ao
professor, orientador e amigo Prof. Dr. Antonio Batocchio, a quem devo muito do que
aprendi nos últimos sete anos. Agradeço a ajuda que me foi dada pelos professores da
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da UNICAMP, Prof. Dr. Fernando
Gomide e Prof. Dr. Ricardo Gudwin, que me indicaram os caminhos do estado da arte
em Inteligência Artificial. Agradeço aos professores e pesquisadores Dr. Steve
Newman, Dr. Bob Young, Dr. Sharim Harimifard e Dra. Jenny Harding da The Wolfson
School of Mechanical and Manufacturing Engineering da Loughborough University
(Inglaterra) que muito contribuíram para este trabalho e, ainda, aos colegas Roberto
Rosso e David Guerra que me acolheram e tanto me ajudaram em minhas
necessidades no exterior. Agradeço a todos os professores da Faculdade de
Engenharia Mecânica da UNICAMP que serviram de modelo para este trabalho ou de
alguma forma me ajudaram. Agradeço aos colegas e funcionários da UNICAMP que
compartilharam comigo o dia a dia da vida acadêmica. Agradeço a Paragon Tecnologia
Ltda., representante da ferramenta Arena da Rockwell Automations, por ter tornado
parte das simulações realizadas possíveis. Agradeço, por fim, a Fundação de Amparo a
Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) que forneceu apoio financeiro às
pesquisas realizadas.
A todas essas pessoas, presto minhas sinceras homenagens.

“Alla macchina, io preferisco il cervello.
È più economico e non inquina.”
Gió di Torquá
(Valdicastello, Pietrasanta, Lucca, Itália)

Resumo
FRANCO, Gustavo Nucci. Aplicação de Sistemas Holônicos à Manufatura Inteligente.
Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 2003.
177 pp. Tese (Doutorado)
A Economia Digital tem pressionado empresas de diversos setores para
investirem em novas tecnologias que garantam diferenciais competitivos e, com isso,
sua sobrevivência. Diante desse acirrado cenário, surgem os Sistemas Inteligentes de
Manufatura e, com esses, modelos de produção inovadores, os quais são capazes de
se re-configurarem de forma ágil conforme as mudanças do ambiente onde se inserem.
Este trabalho defende que, nesse contexto, inteligência significa unir autonomia,
cooperação e organização de maneira eficaz e, de acordo com o sentido adotado,
utiliza o paradigma holônico do jornalista húngaro Arthur Koestler para apoiar a busca
de novas soluções para o ganho de competitividade das organizações empresariais.
Sua principal meta é, assim, contribuir para o desenvolvimento de Sistemas Inteligentes
de Manufatura aptos a enfrentarem os desafios da Economia Digital. Para isso, este
trabalho apresenta os principais conceitos sobre manufatura inteligente e identifica os
fatores de competitividade mais relevantes. Como suas principais contribuições, esta
tese levanta a base tecnológica necessária para a implementação desse sistema e
desenvolve uma metodologia que apóie seu projeto. Ao seu final, concluiu-se sobre a
importância de se investir em Sistemas Inteligentes de Manufatura.
Palavras chave
Sistema de Manufatura, Paradigma Holônico, Inteligência Artificial

Abstract
FRANCO, Gustavo Nucci. Application of Holonic Systems to the Intelligent
Manufacturing. Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de
Campinas, 2003. 177 pp. Thesis (Doctoral)
The Digital Economy has compelled enterprises in various economic sectors to
invest in new technologies that ensure competitive edges and, thus, their chances to
survive. This scenario urges to the development of Intelligent Manufacturing Systems,
bringing with them innovative models that are able to be re-configured in an agile and
autonomous way according to environmental changes. In this context, this thesis argues
that intelligence means to join autonomy, cooperation and organization together
efficiently. In this sense, it adopts the Arthur Koestler’s holonic paradigm to support the
search for competitiveness in enterprises. Its main goal is to contribute to the
development of Intelligent Manufacturing Systems capable to face challenges in the
Digital Economy. Thus, it presents core concepts about intelligent manufacturing and
identifies relevant competitive factors. As its main contributions, it finds the necessary
technological base out and develops a design methodology. At the end, it reasons about
the importance of investing in Intelligent Manufacturing Systems.
Keywords
Manufacturing System, Holonic Paradigm, Artificial Intelligence

i
Sumário
Capítulo 1 – Introdução 1
1.1 Padrões competitivos da Economia Digital .....................................................1
1.2 Formulação do problema.................................................................................3
1.3 Objetivos .........................................................................................................6
1.4 Uma abordagem através da Postura Intencional ............................................7
1.5 Plano geral da tese..........................................................................................9
Capítulo 2 – Sistemas de Manufatura 13
2.1 Definições fundamentais ...............................................................................13
2.1.1 A função produção 14
Sistema de manufatura 15
Sistema de serviço 16
Planejamento e controle 17
Planejamento e controle da produção 20
2.1.2 Arquitetura 21
Arquitetura de sistema 22
Arquitetura de referência 23
2.1.3 Terminologia complementar 24
2.2 Do vapor à manufatura inteligente.................................................................25

ii
2.3 Contexto atual das organizações ..................................................................28
2.3.1 Mudança de valores 29
2.3.2 Competência tecnológica 29
2.4 Os modernos sistemas de manufatura..........................................................30
2.4.1 Manufatura Ágil 31
2.4.2 Empresas Virtuais 33
2.4.3 Consórcio Internacional de IMS 34
Test Case 4 – Globeman 21 34
Test Case 5 – Holonic Manufacturing Systems 36
2.4.4 Paradigmas relacionados ao HMS 37
Capítulo 3 – O Paradigma Holônico 39
3.1 O que é inteligência?.....................................................................................39
3.2 Comportamento social...................................................................................42
3.3 A organização inteligente ..............................................................................44
3.3.1 Coordenação em processos de negócio distribuídos 45
3.3.2 Estrutura de coordenação 47
Cooperação no processo de planejamento 48
Negociação no processo de tomada de decisão 49
3.4 Holons e holarquias.......................................................................................49
3.4.1 O efeito Janus 52
3.4.2 Dissecabilidade 53
3.4.3 Regras fixas e estratégias flexíveis 54
3.4.4 Filtros e gatilhos 55
3.4.5 Mecanização e liberdade 56
3.4.6 Degeneração e regeneração 57

iii
3.5 Aplicando o paradigma holônico ...................................................................58
3.5.1 Hierarquização de hábitos e improvisações 59
3.5.2 Programação de atividades da produção 60
Capítulo 4 – Requisitos Tecnológicos 63
4.1 Inteligência artificial .......................................................................................63
4.1.1 Agentes inteligentes 64
4.1.2 Sistemas Multiagentes 66
AARIA (Autonomous Architecture at Rock Island Arsenal) 69
Outras aplicações industriais 70
4.2 Sistema Holônico de Informação para PME..................................................72
4.2.1 PMEs como sistemas casualmente holônicos 74
4.2.2 A PME desenvolvida holonicamente 75
4.3 Arquitetura de referência de controle PROSA...............................................76
4.3.1 Agregação 79
4.3.2 Especialização 80
4.3.3 Holons de suporte 81
4.4 Arquitetura Holobloc......................................................................................82
4.4.1 Kernel Holônico 84
4.4.2 Implementação da Arquitetura do HoloBloc 85
Capítulo 5 – HSDD: a Decomposição de
Projeto para Sistemas Holônicos 89
5.1 Projeto de Sistemas Multiagentes .................................................................89
5.2 A estrutura HSDD..........................................................................................93
5.2.1 Do domínio de consumidor para o domínio funcional 95

iv
5.2.2 Agentes holônicos inteligentes 98
5.2.3 Coordenação de sistemas distribuídos 100
5.2.4 Parâmetros organizacionais 101
5.3 Medidas de desempenho de projeto ...........................................................103
5.3.1 A matriz de projeto (DM) 105
5.3.2 Probabilidade de sucesso 106
5.3.3 Avaliação do sistema objeto 106
5.4 Decomposição do sistema objeto................................................................107
5.4.1 Capacidade de percepção 108
5.4.2 Capacidade de raciocínio 108
5.4.3 Capacidade de atuação 110
5.4.4 Planejamento distribuído 111
5.4.5 Mecanismos de negociação 112
5.4.6 Estrutura organizacional 113
5.4.7 Modelo de comunicação 115
5.5 Os modos de interação e o HSDD ..............................................................116
Capítulo 6 – Infraestrutura Holônica para
Sistemas Inteligentes de Manufatura 119
6.1 Ambiente para Sistema Multiagentes..........................................................119
6.1.1 Rede de agentes 121
6.1.2 Agentes móveis 124
6.1.3 Implementação do ambiente 127
6.2 Aplicação da estrutura de projeto................................................................128
6.2.1 Agente holônico inteligente 129
Modelo básico de agente 129

v
Processando holons de pedido 131
Deliberação em agentes holônicos 132
Encapsulamento dos holons 133
6.2.2 Coordenação de sistemas distribuídos 136
Domínios de cooperação 137
Holon de programação 138
Protocolos de negociação 139
6.2.3 Parâmetros organizacionais 141
Estrutura organizacional holônica 141
Comunicação e cooperação 142
6.3 Integração do sistema objeto ......................................................................144
6.3.1 Integração com os sistemas operacionais 145
6.3.2 Integração com os recursos humanos 146
6.3.3 Integração com os sistemas legados 147
6.3.4 Integração com modelos virtuais 148
6.4 Desempenho de projeto do sistema objeto .................................................149
Capítulo 7 – Conclusões e Comentários Finais 153
7.1 Conclusões..................................................................................................153
7.1.1 A validade da metodologia adotada 155
7.1.2 Preocupações com a realidade brasileira 157
7.2 Trabalhos futuros.........................................................................................159
7.3 Comentários finais.......................................................................................161
Referências Bibliográfica 163

vi
Lista de figuras
Figura 1.1: Ford modelo T 1914, o everyman car 2
Figura 2.1: Sistema de manufatura [em Franco, 1998] 15
Figura 2.2: Sistema hierárquico de Administração Estratégica [adaptado de Kotler,
1967] 18
Figura 2.3: Exemplo de sistema de planejamento e controle de manufatura
baseado em um MRP de ciclo fechado [adaptado de Vollman
et. al, 1990] 21
Figura 2.4: Arquitetura de referência CIM-OSA [Vernadat, 1996] 24
Figura 2.5: A evolução para a agilidade dos sistemas de manufatura
[Gould,1997] 32
Figura 2.6: Componentes da arquitetura de referência do projeto Globeman
[Vesterager et al., 2002] 35
Figura 3.1: Visão sistêmica da definição de inteligência 42
Figura 3.2: Aspectos da coordenação de sistemas distribuídos 46
Figura 3.3: Estruturas para a coordenação de sistemas distribuídos
[adaptado de Cuena & Ossowski, 1999] 48
Figura 3.4: Exemplo de empresa virtual organizada holonicamente
[adaptado de Koestler, 1967] 52
Figura 3.5: Níveis de liberdade e mecanização [adaptado de Franco &
Batocchio, 2000] 57

vii
Figura 4.1: Visão sistêmica de agente 65
Figura 4.2: Modularidade e descentralização provendo mutabilidade
[Parunak, 1998] 68
Figura 4.3: A arquitetura AARIA [Parunak et al., 1999] 70
Figura 4.4: A arquitetura MetaMorph II [Shen et al., 1998] 72
Figura 4.5: PME casualmente holônica [Toh, 1997] 74
Figura 4.6: Representação holônica de uma PME [Toh, 1997] 75
Figura 4.7: Holons básicos de um HMS e suas relações [Wyns, 1999] 77
Figura 4.8: Agregação de holons de recurso [Wyns, 1999] 79
Figura 4.9: Especialização de holons de recurso [Wyns, 1999] 80
Figura 4.10: Um programador centralizado como holon de suporte
[Wyns, 1999] 81
Figura 4.11: Estrutura do Sistema de Controle Inteligente [Fletcher
et al., 2000] 83
Figura 4.12: Estrutura do Kernel Holônico [Fletcher et al., 2000] 85
Figura 4.13: Arquitetura em camadas do Controle de Alto Nível (HLC)
[Christensen, 2003] 87
Figura 5.1: Níveis de interação no projeto de um Sistema Multiagentes 91
Figura 5.2: Domínios de projeto e seus elementos [Suh, 1990] 94
Figura 5.3: Processo de obtenção dos níveis mais elevados do HSDD 97
Figura 5.4: Estrutura básica do HSDD 104
Figura 5.5: Decomposição da capacidade de percepção 108
Figura 5.6: Decomposição da capacidade de raciocínio 109
Figura 5.7: Decomposição da capacidade de atuação 110
Figura 5.8: Decomposição do planejamento distribuído 111

viii
Figura 5.9: Decomposição dos mecanismos de negociação 112
Figura 5.10: Decomposição da estrutura organizacional 114
Figura 5.11: Decomposição do modelo de comunicação 115
Figura 6.1: O conceito de lugar e a classificação de portas [Guerrero
et al., 1999] 122
Figura 6.2: Servidor Aglet [Lange & Oshima, 1998] 125
Figura 6.3: Relação entre aglet e proxy [adaptado de Lange &
Oshima,1998] 125
Figura 6.4: Contexto Aglet [Lange & Oshima, 1998] 126
Figura 6.5: Modelo de aplicação do sistema objeto 127
Figura 6.6: A integração da rede de agentes com o ambiente de agentes
móveis 128
Figura 6.7: Modelo básico de agente 130
Figura 6.8: Modelo deliberativo de holon 132
Figura 6.9: Encapsulamento de holon de pedido 133
Figura 6.10: Encapsulamento de holon de recurso 135
Figura 6.11: Encapsulamento de holon de produto 136
Figura 6.12: Implementação de domínios de cooperação 137
Figura 6.13: Exemplo de holon de suporte: o holon programador 139
Figura 6.14: Protocolo de negociação baseado em Rede de Contratos 140
Figura 6.15: Auto-similaridade e recursividade dos holons [Wyns, 1999] 142
Figura 6.16: Serviço de mensagem baseado no Aglet API 143
Figura 6.17: Integração de holon operacional 145
Figura 6.18: Integração com recursos humanos 146
Figura 6.19: Integração com sistemas legados 147

ix
Figura 6.20: Integração com recursos humanos 148
Figura 6.21: Sumário da Decomposição de Projeto para Sistemas
Holônicos (HSDD) 149

x
Lista de tabelas
Tabela 4.1: Características de ambientes multiagentes [Huhns &
Stephens, 1999] 67
Tabela 4.2: Tecnologias industriais baseadas em Sistemas Multiagentes
[adaptado de Parunak, 1998; Shen & Norrie, 1999] 73
Tabela 4.3: Domínios LLC e HLC [Christensen, 2003] 85
Tabela 4.4: Partição das funções HLC [Christensen, 2003] 87
Tabela 5.1: Matriz de projeto para a estrutura básica do HSDD 107
Tabela 6.1: Matriz de projeto para o sistema objeto 150

xi
Nomenclatura
AARIA – Autonomous Agents at Rock Island Arsenal
AML – Meta-linguagem de agentes (agent meta-language)
AOL – Linguagem objeto de agentes (agent object language)
API – Interface Programação (Application Programming Interface)
ATP – Protocolo de Transferência de Agente (Agent Transfer Protocol)
BDI – Crenças-desejos-intenções (believe-desire-intention)
BP – Processo de negócio (business process)
C – Restrição (constraint)
CCS – Serviço de Comunicação para Cooperação (Cooperation Communication
Service)
CD – Domínio de cooperação (cooperation domain)
CDI – Interface de Domínio de Cooperação (Cooperation Domain Interface)
CIM – Manufatura Integrada por Computador (Computer Integrated Manufacturing)
CIM-OSA – Arquitetura de Sistema Aberto para CIM (CIM Open System Architecture)
CM – Gerenciamento de Coordenação (Coordination Management)
CN – Necessidades do consumidor (consumer needs)
CNC – Controle Numérico Computadorizado (Computer Numeric Control)
CORBA – Common Object Request Broker Architecture

xii
CRM – Gerenciamento das Relações com Clientes (Customer Relationship
Management)
DAI – Inteligência Artificial Distribuída (Distributed Artificial Intelligence)
DBP – Processo de negócio distribuído (distributed business process)
DKBI – Interface de Bases de Dados/Conhecimento (Data/Knowledge Base Interface)
DM – Matriz de projeto (design matrix)
DPS – Solução de Problemas Distribuídos (Distributed Problem Solving)
ERP – Planejamento de Recursos da Empresa (Enterprise Resource Planning)
EU – União Européia (European Union)
FBM – Gerenciamento de Blocos de Função (Function Block Management)
FIPA – Foundation for Intelligent Physical Agents
FR – Requisito funcional (functional requirement)
HE – Holon de empresa
HIN – Rede de Informação Holônica (Holonic Information Network)
HISS – Conjunto de Especificações para Informações Holônicas (Holonic Information
Specification Set)
HK – Kernel holônico (holonic kernel)
HLC – Controle de alto nível (high level control)
HMS – Sistema Holônico de Manufatura (Holonic Manufacturing System)
HR – Holon de recurso
HSDD – Decomposição de Projeto para Sistemas Holônicos (Holonic System Design
Deployment)
HTTP – Protocolo de Transferência de Hipertexto (Hypertext Transfer Protocol)
HVE – Holon de Empresa Virtual
I – Quantidade de informação (information amount)

xiii
IA – Inteligência Artificial (Artificial Inteligence)
IEC – Internation Electrotechinical Commision
IMS – Sistema Inteligente de Manufatura (Intelligent Manufacturing System)
IP – Protocolo de Internet (Internet Protocol)
LLC – Controle de baixo nível (low level control)
MAS – Sistema Multiagentes (Multiagent System)
MASIF – Móbile Agent System Interoperability Facility
MES – Sistema Executivo de Manufatura (Manufacturing Execution System)
MLL – Linguagem meta-lógica (meta-logic language)
MNL – Linguagem meta-natural (meta-natural language)
MPS – Plano Mestre de Produção (Master Production Scheduling)
MRP – Planejamento de Recursos de Manufatura (Manufacturing Resource Planning)
MTON – Multi-Threaded Object Network
NAFTA – Tratado de Livre Comércio da América do Norte (North American Free Trade
Agreement)
NC – Controle Numérico (Numeric Control)
OMG – Object-Management Group
OO – Orientação a objeto (object orientation)
OOP – Programação Orientada a Objeto (Object-Oriented Programming)
p – Probabilidade de sucesso (success probability)
PME – Pequenas e médias empresas
PROSA – Arquitetura de Produto-Recurso-Pedido-Suporte (Product-Resource-Order-
Staff-Architecture)
PV – Variável de processo (process variable)
RETSINA – Reusable Task Structure Based Intelligent Network Agents

xiv
RMI – Remote Method Invocation
SCM – Gerenciamento da Cadeia Logística (Supply Chain Management)
TCP – Protocolo de Controle de Transmissão (Transmission Control Protocol)
TI – Tecnologia de Informação
UML – Linguagem de Modelagem Unificada (Unified Modelling Language)
VE – Empresa Virtual (Virtual Enterprise)
VERA – Arquitetura de Referência para Empresa Virtual (Virtual Enterprise Reference
Architecture)
VERAM – Modelo de Arquitetura de Referência para Empresa Virtual (Virtual Enterprise
Reference Architecture Model)
XML – Extended Markup Language

1
Capítulo 1
Introdução
1.1 Padrões competitivos da Economia Digital
A Economia Digital tem mudado rotinas desde o final do século passado [Tapscott,
1996]. Embora uma retração econômica esteja a marcar este começo de século, o
futuro é realmente excitante. A revolução da Tecnologia da Informação (TI) está apenas
em seu começo e o mundo com uma banda infinita, em referência a um aumento
extraordinário que se prevê para as comunicações, sequer pode ser imaginado.
Com a expansão das fronteiras econômicas, e sobretudo com a consolidação
das vendas pela Internet, economias de escala em constante crescimento devem ser
atendidas. Mas, à medida que diferentes culturas, tecnologias e produtos são
amplamente disponibilizados, os consumidores se tornam mais exigentes, fazendo com
que esse crescimento se contraponha às economias de escopo que rapidamente se
fortalecem: há uma demanda crescente por produtos diferenciados.
A diversificação, atendendo às necessidades de cada consumidor de forma
quase que exclusiva, se torna requisito qualificador para os produtos de qualquer
empresa e, conforme o mercado evolui, novos conceitos e tecnologias devem ser
introduzidos. Para algumas indústrias, isso se reflete na gradual perda de valor da
produção em massa. Migrando-se para a customização em massa, há uma busca
constante por se produzir lotes menores, formados por produtos variados, mas com a
mesma ordem de grandeza em volume e custo atingida pelos tradicionais modelos
difundidos por Henry Ford e Taiichi Ohno [Gould, 1997].
Mas como será possível alcançar com eficiência tal requisito?

2
Quando a Ford introduziu em 1914 a linha de produção, um carro poderia ter
qualquer cor, desde que essa fosse preta (figura 1.1). A padronização de produtos,
ferramentas e processos levou a indústria automobilística do começo do século XX a
índices de produtividade nunca antes imaginados. Depois, vieram os japoneses e, com
seus conceitos de operadores polivalentes, sistemas just-in-time e células de
manufatura, deram maior flexibilidade e novos rumos a essa indústria [Womack et al.,
1990].
Hoje, pela Internet, um consumidor pode não só escolher a cor, mas também
decidir quanto de tecnologia e conforto estarão embarcados em seus automóveis.
Através de uma página virtual, uma variedade de acessórios lhe é apresentada e,
induzido por seus desejos, esse consumidor avalia as opções e decide sobre suas
escolhas. O pagamento é on-line e seu pedido pode até gerar automaticamente as
ordens de produção que farão com que o produto final lhe seja entregue de acordo com
suas especificações.
Deve-se destacar que isso somente é possível porque hoje já existem sistemas
de gestão que possibilitam a integração entre indústria e consumidores, e entre aquela
e seus fornecedores [O’Brien, 2003]. Mas, segundo o contexto futuro esperado por este
trabalho, vislumbra-se algo ainda mais notável: toda cadeia produtiva, desde as
matérias-primas básicas até a montagem final de um produto, será não apenas
integrada, mas também gerada conforme a disponibilidade de tempo e dinheiro de cada
Figura 1.1: Ford modelo T 1914, o everyman car

3
consumidor. Simples páginas de compra serão no futuro um nó numa grande rede de
fornecedores e consumidores, fazendo com que estes possam encontrar e combinar as
diversas partes de seu automóvel tal qual músicas que hoje são compartilhadas e
carregadas via rede.
Além de definir cada item, suas indicações sobre os custos e os tempos de
entrega que sejam mais satisfatórios farão com que toda cadeia tenha que se re-
estruturar. Conforme esse consumidor expressa suas vontades em cliques,
fornecedores poderão ser inseridos, re-alocados ou até mesmo retirados da cadeia,
gerando a configuração mais adequada para garantir a confiabilidade na entrega do
produto desejado.
Surge, assim, uma demanda por sistemas de manufatura mais inteligentes,
capazes de se re-configurarem de forma ágil conforme as mudanças do ambiente onde
se inserem.
Nesse contexto, inteligência significa unir autonomia, cooperação e organização
de forma eficaz. Para isso, o homem, com sua adaptabilidade e capacidade criativa,
torna-se, por um lado, mais valorizado. Por outro, com o nível de complexidade que
esse sistema atingirá, a máquina, com sua capacidade de processamento, faz-se
fundamental.
Fica claro, assim, que novos paradigmas, que sigam com rapidez mudanças
técnicas e econômicas, devem ser buscados, gerando tecnologias inovadoras. Nesse
sentido, este trabalho pretende contribuir com essa constante busca através dos
estudos e desenvolvimentos a serem apresentados.
1.2 Formulação do problema
A habilidade de um sistema em se adaptar às alterações em seu ambiente está
relacionada à sua capacidade de organização. No entanto, a complexidade que esse
sistema pode atingir conduz a uma maior dificuldade na coordenação de suas ações e,
assim, determina mudanças em seu comportamento.

4
A importância da organização e da maneira como essa se estrutura é ponto
chave para o estudo e o entendimento de qualquer sistema situado em áreas distintas
da ciência, como, por exemplo, na Biologia:
“Qualquer que seja a natureza das relações que presidem ao princípio da
organização, elas é que constituem o problema central da Biologia, e a
Biologia só será fecunda no futuro se isso for reconhecido. A hierarquia
das relações, desde a estrutura molecular do carbono até o equilíbrio das
espécies e os conjuntos ecológicos, será talvez a idéia pioneira do futuro.”
[Needham, 1936]
Muitos caminhos já foram adotados na busca de organizações com melhores
capacidades competitivas. Desde o começo do século XX, quando Henry Fayol
descobriu que a eficiência de uma empresa é função de sua estrutura organizacional,
dando origem a Escola Clássica da Administração [Fayol, 1916], muitas descobertas
foram feitas. Algumas foram bem sucedidas em suas épocas, servindo de diferenciais
competitivos para seus implementadores. Outras, no entanto, falharam, deixando à
margem do processo de desenvolvimento empresas que chegaram até a se
extinguirem.
É nesse contexto que se apresenta este trabalho, o qual busca, através do
estado da arte, novas soluções para o ganho de competitividade das organizações
empresariais inseridas na Economia Digital.
E, para o desenvolvimento de uma organização capaz de responder com
agilidade às exigências de seu mercado, alguns pontos fundamentais foram adotados
como balizadores dos desenvolvimentos a serem apresentados neste trabalho. Assim,
as principais hipóteses adotadas por esta tese são:
Muitos dos sistemas encontrados na natureza apresentam estruturas
hierárquicas. Esses consistem de conjuntos de subsistemas em constante
interação, cada um dos quais é, por sua vez, formado por outros subsistemas. O
Prêmio Nobel em Economia de 1978, Herbert A. Simon, mostra que essa

5
similaridade não é acidental. Sistemas hierárquicos são capazes de se
desenvolverem mais facilmente em processos evolutivos do que sistemas não-
hierárquicos [Simon, 1962].
A divisão de uma sociedade numa variedade de arcabouços hierárquicos não
implica, necessariamente, num conjunto de relações burocráticas de patrão-
empregado. Uma sociedade complexa pode ser dividida e estruturada em vários
tipos de hierarquias (e.g. heterarquias e holarquias) atadas de acordo com suas
coesões sociais [Koestler, 1967].
A habilidade de um sistema em realizar determinadas tarefas é certamente
dependente da habilidade das entidades que o compõe. No entanto, alguns
sistemas muitas vezes mostram uma inteligência e um conjunto de capacidades
distintos da inteligência e das capacidades de suas entidades isoladamente.
Existem muitos exemplos nos sistemas encontrados na natureza onde
sociedades inteligentes são formadas a partir da organização de indivíduos pouco
inteligentes. Assim, quando agentes são agregados em sociedades, pode emergir
a inteligência se uma estrutura adequada for construída [Minsky, 1985].
Um sistema inteligente não deve se desenvolver sobre uma determinada
estrutura organizacional. Esse deve ser capaz, sim, de implementar, ajustar,
modificar ou substituir essa estrutura sempre que necessário [Van Brussel, 1994].
Este trabalho se refere ao desenvolvimento de sistemas capazes de produzir
bens e serviços de acordo com os requisitos competitivos deste começo de século.
Embora alguns conceitos aqui utilizados estejam deveras obscuros, suas corretas
definições tornarão essas hipóteses melhor entendidas com a evolução deste trabalho.
Suas aplicações nos desenvolvimentos a serem apresentados nesta tese serão, ainda,
corroboradas por comprovações e ilustrações, sendo, assim, sua validade para este
contexto analisada.

6
1.3 Objetivos
Esta tese tem como meta principal a contribuição para o desenvolvimento de Sistemas
Inteligentes de Manufatura aptos a enfrentarem os desafios da Economia Digital. Para
atingir essa meta, alguns objetivos são focados:
1. Apresentar os conceitos que definem o que é um Sistema Inteligente de
Manufatura (IMS), formando uma base de conhecimento que situe o contexto
desta tese.
2. Identificar novos fatores de competitividade na Economia Digital, utilizando-os
como requisitos funcionais de seus desenvolvimentos.
3. Criar uma base de conhecimento para apoiar o desenvolvimento de um Sistema
Inteligente de Manufatura. Enriquecendo essa base, metáforas com sistemas
naturais deverão ser amplamente utilizadas como fonte de inspiração.
4. Como se trata de um sistema em fase de pesquisa e desenvolvimento, este
trabalho deverá levantar a base tecnológica necessária para a implementação de
um Sistema Inteligente de Manufatura. As lacunas tecnológicas existentes
deverão ser apontadas, indicando-se o que se pode esperar de inovações para
os horizontes de curto e médio prazo.
5. Desenvolver uma metodologia para apoiar o projeto de um Sistema Inteligente de
Manufatura que esteja de acordo com o paradigma holônico. Essa metodologia
deverá prover a coerência entre os princípios desse paradigma, bem como
garantir que os requisitos funcionais levantados para Economia Digital sejam
atendidos.
6. Desenvolver um ambiente virtual de análise do sistema desenvolvido com o
auxílio de ferramentas computacionais. Através de modelos virtuais, as
funcionalidades de um Sistema Inteligente de Manufatura poderão ser aplicadas e
testadas.
É importante ressaltar que não é pretensão desta tese o desenvolvimento de um
novo sistema de manufatura. Muito menos, não se espera estabelecer uma nova

7
filosofia que possa ser adotada para se enfrentar todos os problemas da Economia
Digital.
1.4 Uma abordagem através da Postura Intencional
Esta tese diz respeito a Sistemas Inteligentes de Manufatura.
No entanto, mesmo deixando as questões filosóficas do que é inteligência para o
desenvolvimento deste trabalho em si, uma pergunta fundamental surge: ações como
sentir, pensar e agir podem ser atribuídas a sistemas irracionais cujas habilidades
estejam abaixo das humanas?
De fato, nenhum grão de areia possui uma mente. Nem tão pouco, os átomos.
Mas o que dizer a respeito de moléculas maiores?
Um vírus é uma única e enorme molécula e suas partes atômicas interagem de
modo a produzir efeitos bastante surpreendentes. Exemplo dessas habilidades é a
auto-replicação de seu código genético, efeito que está muito além da capacidade de
qualquer robô existente hoje. Mas isso significa que essas macromoléculas possuem
mentes como as dos seres humanos?
Macromoléculas possuem complexidade suficiente para realizarem ações, em
vez de permanecerem passivas sofrendo efeitos do ambiente que as rodeia. Mas essas
não sabem o que fazem: há razões para as proezas de uma macromolécula, mas essa
não está ciente dessas razões.
Seres humanos realizam ações intencionais, enquanto macromoléculas são
simplesmente sistemáticas. Mas a verdade é que essas partes impessoais, irracionais,
robóticas e destituídas de mente da maquinaria molecular constituem a base
fundamental de toda ação [Dennett, 1996]. Prova está no fato de que o próprio ser
humano, além de descender diretamente desses, é também formado por esses robôs
auto-replicantes.
A possibilidade teórica de um autômato auto-replicante foi comprovada
matematicamente por John von Neumann, um dos inventores do computador, cujo
brilhante projeto antecipou, ainda na década de 60, muitos detalhes do projeto de

8
construção do DNA [von Neumann, 1966]. Seus primeiros ensaios utilizavam a teoria de
um robô se movendo em um tipo de armazém que guardava todas as peças
necessárias para que esse robô pudesse montar uma cópia de si mesmo. Esse robô
hipotético possuía funções elementares para se mover e reconhecer suas peças,
coletando-as e soldando-as na construção de sua réplica. Em seguida, esse copiava
suas instruções, inserindo-as no robô replicado, o qual estava pronto para iniciar as
mesmas atividades, criando-se, assim, um processo ad infinitum.
Todas essas entidades, desde as moléculas, incluindo não apenas organismos
naturais, como vegetais, animais e suas partes, mas também objetos como os robôs,
são chamados de Sistemas Intencionais. E para a perspectiva a partir da qual suas
ações se tornam visíveis dá-se o nome de Postura Intencional.
Segundo o filósofo e cientista cognitivo Daniel C. Dennett:
“Postura Intencional é a interpretação do comportamento de uma entidade
(pessoa, animal, artefato, qualquer coisa) tratando-a como se fosse um
agente racional que governa suas escolhas de ação por uma consideração
de suas crenças e desejos.” [Dennett, 1987]
Trata-se de uma estratégia predicativa onde uma entidade é estudada como um
agente racional para prever suas ações ou movimentos. É um método que explora as
similaridades para descobrir as diferenças.
Dessa forma, Sistemas Intencionais, por definição, são todas e apenas aquelas
entidades cujo comportamento é previsível ou explicável a partir da Postura Intencional.
Esses sistemas devem exibir o que se chama de intencionalidade, que, em seu sentido
filosófico, significa relacionalidade: alguma coisa exibe intencionalidade se sua
competência é, de algum modo, sobre alguma outra coisa.
Ainda, como o objetivo é tratar uma entidade como um agente racional para
predizer suas ações, supõem-se que essa entidade seja inteligente. E é justamente a
suposição de que o agente fará apenas os movimentos inteligentes que cria a
vantagem de se fazer predições.

9
Embora mais arriscada que a Postura de Planejamento e a Postura Física, esta
última o método laborioso padrão de inúmeras ciências, a Postura Intencional é menos
limitada. Quando se prediz que uma pedra solta no ar cairá no solo, não se atribuem
crenças e desejos à pedra; atribuindo-lhe massa, ou peso, e apoiando-se na Lei da
Gravidade, predições podem ser feitas. Explicações de por que a água forma bolhas
quando ferve, como surgem as cadeias de montanhas e onde a energia do Sol se
origina são feitas a partir da Postura Física. Mas, para aplicá-la, deve haver um grande
conhecimento do objeto sob análise.
A adoção da Postura Intencional é mais vantajosa principalmente quando a
entidade em questão é muito complexa. Cria-se, a partir dessa abordagem, meios para
se dizer que um sistema de manufatura é autônomo, cooperativo e inteligente.
Desenvolvendo-se uma perspectiva a partir da qual suas ações se tornam visíveis,
caminhos para que os mistérios de um objeto em estudo sejam desvendados podem
ser abertos.
E é fundamentado pela Postura Intencional que este trabalho ousa dizer que
uma estrutura organizacional “sente” seu ambiente ou que uma máquina “imagina” seu
estado futuro. Instituindo-se essa licença poética, os conceitos e desenvolvimentos a
serem descritos podem se tornar mais claros.
1.5 Plano geral da tese
Esta tese está estruturada em sete capítulos, os quais são sumarizados na seqüência.
Neste capítulo 1, os fatores de competitividade na Economia Digital como fatores
de motivação para este trabalho foram apresentados. Em seguida, o problema de se
construir uma estrutura organizacional capaz de lidar com esses fatores foi formulado. A
meta desta tese discretizada nos objetivos almejados foi, então, estabelecida. Por fim, a
Postura Intencional foi definida como a abordagem a ser explorada em seus
desenvolvimentos.
O capítulo 2 iniciará com a definição dos conceitos básicos a serem adotados. A
partir desses, o contexto deste trabalho será mostrado através de um breve histórico da
manufatura e como essa se desenvolve de acordo com as necessidades e mudanças

10
de conjuntura ao longo do tempo. Há nesse capítulo, ainda, uma discussão sobre a
passagem por diversas fases (taylorismo, fordismo e ohnismo), destacando-se a
importância em suas épocas. Os desafios atuais serão, então, colocados como pontos
de partida para a quebra de velhos paradigmas e o desenvolvimento de novos
sistemas. Os Sistemas Inteligentes de Manufatura serão, por fim, apresentados como o
estado da arte direcionador dos desenvolvimentos que se seguem.
Enquanto um novo paradigma para sistemas de manufatura, os sistemas
holônicos serão apresentados no capítulo 3. O processo de transição dos resultados do
trabalho desenvolvido por um jornalista para a geração das soluções propostas por esta
tese poderá não ser tão evidente para muitos. Sendo assim, os conceitos holônicos
serão abordados de maneira aprofundada nesse capítulo. Para fundamentar sua
aplicação, outros modelos que descrevam o desenvolvimento de sistemas complexos,
estes relacionados a ramos da ciência como a Biologia, a Sociologia e a Psicologia,
serão amplamente utilizados, formando uma base metafórica para o melhor
entendimento das propostas aqui apresentadas.
Para a implementação de um Sistema Inteligente de Manufatura, diversas
tecnologias devem ser utilizadas. Muitas dessas vêm sendo desenvolvidas, já tendo
sido mundialmente estudas e aplicadas nos últimos anos. Desse modo, o capítulo 4
mostrará os resultados das investigações sobre essas tecnologias realizadas nesta
tese, indicando como a manufatura inteligente vem sendo buscada por outros grupos de
pesquisa. Esses resultados serão fundamentais para o alcance dos objetivos propostos,
uma vez que cada um dos sistemas abordados teve sua participação como inspiração
ou mesmo base tecnológica deste trabalho.
As condições necessárias para o projeto de um sistema holônico serão tratadas
no capítulo 5. Baseando-se nos princípios de um sistema re-configurável, constituído de
elementos autônomos e cooperativos, uma metodologia para o projeto de um Sistema
Inteligente de Manufatura será, portanto, apresentada. Trata-se da Decomposição de
Projeto de Sistemas Holônicos (HSDD – Holonic System Design Deployment) e de todo
seu processo de desenvolvimento. Através dessa estrutura de projeto, será possível
que o paradigma holônico seja focado enquanto cada elemento do sistema de

11
manufatura esteja sendo projetado. Como resultado, espera-se garantir que um sistema
realmente inteligente, que atenda aos princípios estabelecidos pelo paradigma holônico,
seja obtido.
Aplicando-se o método desenvolvido para o projeto de um Sistema Inteligente de
Manufatura, e utilizando-se as tecnologias disponíveis, o capítulo 6 mostrará o projeto
de uma infraestrutura para um sistema holônico. A concepção desse sistema será
detalhada através da utilização de rede de agentes [Gudwin, 1996] em conjunto com
um ambiente de agentes móveis [Lange & Oshima, 1998], formando, assim, um
Sistema Multiagentes bastante flexível.
Fechando este trabalho, no capítulo 7 serão apresentadas as conclusões desta
tese. Ainda, esse fará uma análise final sobre o Sistema Inteligente de Manufatura
proposto no capítulo anterior e os diferentes paradigmas existentes por trás desse (e.g.
a Economia Digital, os sistemas holônicos, os Sistemas Multiagentes). Ainda, os
trabalhos futuros que deverão dar continuidade aos desenvolvimentos apresentados
nesta tese serão, por fim, descritos.

13
Capítulo 2
Modernos Sistemas de Manufatura
Para contribuir com o desenvolvimento das futuras organizações inteligentes, este trabalho não
negligencia o estado atual no ambiente dos sistemas de manufatura. Nem se esquece do passado que
trouxe ao atual nível de sofisticação.
Assim, este capítulo apresentará a definição de conceitos essenciais, os quais serão
fundamentais para o entendimento do conteúdo desta tese. O conceito de planejamento será localizado
dentro da função produção, mostrando seus aspectos em relação aos sistemas de manufatura e serviços.
As atividades de planejamento e controle serão, em seguida, definidas como parte de um ambiente
estratégico superior. Então, os conceitos que embasam o desenvolvimento de arquiteturas apropriadas
para Sistemas Inteligentes de Manufatura serão mostrados.
Além de seu papel semântico, será mostrado, ainda, como esses conceitos têm evoluído no
tempo e qual é a dinâmica do ambiente onde os modernos sistemas de manufatura estão inseridos.
Como base deste texto, estão os resultados da pesquisa bibliográfica realizada como parte
importante da metodologia aplicada neste trabalho.
2.1 Definições fundamentais
A literatura científica é, e sempre será, repleta de interpretações particulares que levam
a significados específicos para um mesmo objeto. Conforme defendido por muitos
existencialistas, como Simone de Beauvoir, cada indivíduo pode dar à sua liberdade um
conteúdo concreto próprio [de Beauvoir, 1948]: “[...] a liberdade toma um passo positivo
e construtivo, o qual faz com que a essência proceda à existência [...]. Ciência, técnica,
arte e filosofia são conquistas da existência sobre a essência; [...] é na luz dessa
hipótese que a palavra progresso encontra seu significado verídico.”
Ambigüidades podem ser, assim, geradas, levando, algumas vezes, a
obscuridade e falta de distinção. Mas, tal qual na arte, a liberdade de interpretação é um

14
dos pontos essenciais para a garantia do contínuo desenvolvimento do pensamento
científico. E, diante desse cenário inevitável, o fundamental é se fazer entender. Ainda,
é importante se localizar o contexto onde os conceitos abordados são aplicados.
Enquanto foco a ser mantido neste trabalho, o problema de coordenação em
sistemas distribuídos será tratado no próximo capítulo. Mas, com a intenção de criar
uma base de conhecimento fundamental para as discussões futuras, a definição de
planejamento da produção e sua localização dentro da função produção podem ser
encontradas nas seções seguintes.
2.1.1 A função produção
De maneira simples, a palavra produção pode ser descrita como o processo de se
produzir alguma coisa. Mas existe algo em sua essência que a faz merecer um requinte
maior em sua definição: seu processo de agregação de valor.
A função produção é central para uma organização, pois é nessa que produtos,
resultados de seu trabalho, são gerados. Entende-se, aqui, que um produto é algo a ser
oferecido para satisfazer a uma necessidade ou desejo, podendo consistir de um bem
físico, um serviço ou mesmo uma idéia [Kotler, 1967; Juran, 1980].
Produzir significa adotar processos, os quais usualmente envolvem seqüências
de passos. À medida que cada passo é dado, valor é adicionado, chegando-se, no final,
a um produto com certo valor agregado. Mas como saber se esse produto irá gerar
riqueza, o real sentido para a existência da empresa que o fabrica?
Um mercado é formado por consumidores potenciais que compartilham
necessidades ou desejos específicos. Estando habilitados para fazer uma troca que
satisfaça essa necessidade ou desejo, esses buscam algo que atenda a suas
expectativas. Para isso, optam por produtos que proporcionem o maior valor pelo
dinheiro desembolsado.
É com foco nesse contexto que a função produção deve exercer suas atividades:
o valor agregado a cada produto gerado é, então, uma estimativa da satisfação de seu
consumidor.

15
Sistema de manufatura
A função manufatura é o processo de produção de bens físicos. Segundo Antonio
Batocchio e Oswaldo L. Agostinho:
“Manufatura é a transformação de matéria-prima, em seus diversos
estados, em produtos finais, para serem disponibilizados para o
consumidor final. Os produtos são gerados por uma combinação de
trabalho manual, máquinas, ferramentas especiais e energia, sendo,
então, disponibilizados para o consumidor final.” [em Franco, 1998]
A visão sistêmica [Bertalanffy, 1968] da manufatura remete a quebra desse
modelo cartesiano através de uma modelagem baseada em idealizações que facilitam
seu estudo. As relações essenciais existentes na manufatura podem ser, assim, melhor
explicadas. A partir da definição da manufatura como sistema, essa pode ser entendida
como a composição das funções básicas mostradas na figura 2.1.
Figura 2.1: Sistema de manufatura [em Franco, 1998]

16
Conforme pode ser visto, um sistema de manufatura integra diferentes
atividades, podendo ser composto, segundo Batocchio, por funções básicas de [em
Franco, 1998]:
Engenharia: é responsável pelo projeto dos produtos, desde sua concepção
juntamente com o marketing, até sua aprovação final. Além disso, a função
Engenharia deve prover os meios de fabricação, atividade que engloba desde a
especificação e o projeto dos recursos necessários, passando pela definição dos
roteiros de fabricação, indo até a comunicação com o chão de fábrica.
Chão-de-fábrica: é responsável pela fabricação dos produtos nas quantidades
determinadas. A função chão-de-fábrica utiliza, para isso, diversos recursos como
máquinas, equipamentos e mão-de-obra. Estão também incluídas no chão de
fábrica as atividades de planejamento e controle da produção.
Negócios: engloba as áreas de vendas, marketing e suprimentos. A ordem de se
produzir normalmente se origina das vendas e do trabalho de marketing, através de
um pedido do cliente ou uma previsão de mercado. A área de suprimentos faz a
conexão entre o sistema de manufatura e o mercado fornecedor, sendo afetada
pelas atividades de vendas, marketing e engenharia.
Suporte: é responsável por manter sob controle as atividades de chão de fábrica,
visando tanto o desempenho operacional dos equipamentos como a qualidade de
seus produtos. A função suporte é composta pelo suporte à qualidade (e.g. controle
de qualidade), suporte às operações (e.g. manutenção de máquinas e
equipamentos), suporte às facilidades (e.g. suprimento de energia).
Esse modelo aponta para a necessidade de uma estrutura organizacional.
Enquanto parte diretamente ligada a estratégia organização, essa estrutura pode limitar
ou não a ação de cada elemento do sistema.
Sistema de serviço
A oferta de uma empresa a um determinado mercado sempre inclui algum tipo de
serviço. O componente serviço pode ou não ser parte explícita dessa oferta, mas

17
sempre irá existir. Para que produzir um bem sem que esse esteja acompanhado de um
serviço de venda?
Na verdade, assim como não existe a manufatura pura, sem a adição de algum
serviço acessório, não há o que se chama indústria de serviços. Há, sim, setores
industriais cujos componentes de serviços são maiores ou menores em relação a outros
setores. E, de algum modo, todos estão na área de serviços [Levitt, 1981].
De acordo com Philip Kotler:
“Serviço é qualquer ato ou desempenho que uma parte possa oferecer a
outra e que seja essencialmente intangível e não resulte na propriedade
de nada.” [Kotler, 1967]
Sistemas de serviço necessitam de uma abordagem específica para sua
administração. Em negócios que envolvem produtos, esses ficam em prateleiras, a vista
dos consumidores, prontos para serem comprados. Já serviços são intangíveis,
variáveis e perecíveis [Levitt, 1981]. Esses são produzidos e consumidos
simultaneamente, o que afeta seu resultado de acordo com a interação de um
fornecedor com seus consumidores [Kotler, 1967].
Especial atenção deve ser dada às distinções entre produtos e serviços, pois são
essas que impõem grandes desafios no projeto e na gestão de sistemas de serviço.
Planejamento e controle
No contexto desta tese, para se definir o processo de planejamento e controle, é
fundamental entender sua relação com a estratégia da empresa e como esse afeta toda
administração da organização. Trata-se de um ambiente voltado para a Administração
Estratégica:
“Administração Estratégica é definida como um processo contínuo e
iterativo que visa manter uma organização como um conjunto
apropriadamente integrado a seu ambiente.” [Certo & Peter, 1990]

18
Conceito importante nessa definição, a visão da organização como um conjunto
implica no comprometimento de cada componente com esse processo. Em cada nível,
seja esse relacionado a uma área executiva ou operacional, foco deve ser dado no
apoio do planejamento estratégico. Como resultado, a organização passa a ser vista
como um sistema hierárquico (figura 2.2), integrado, regido por suas estratégias, e
estas pelos estados dos ambientes internos e externos.
No nível superior dessa hierarquia, está o Planejamento Estratégico da empresa,
definindo num horizonte de longo prazo quais direções devem ser seguidas. À medida
que planos vão sendo delineados para níveis mais operacionais, mantendo sempre a
rastreabilidade com as decisões estratégicas, ações são descritas para horizontes mais
próximos.
Para garantir que a implementação desses planos resulte no desempenho
esperado, um sistema de controle eficaz deve ser estabelecido. Seu enfoque deve ser
tanto interno quanto externo. Ainda, padrões aos quais se possa comparar o
desempenho real de cada nível da organização devem ser estabelecidos. Se esse
desempenho estiver fora dos padrões estabelecidos, ações corretivas devem ser
tomadas, redirecionando a organização como um todo para seus objetivos estratégicos.
Figura 2.2: Sistema hierárquico de Administração Estratégica [adaptado de Kotler, 1967]

19
A quantidade de níveis na hierarquia da Administração Estratégica é
característica específica de cada organização. Para o contexto desta tese, pode-se
dizer que uma organização típica é formada por [Wright et al., 1998]:
Nível estratégico: refere-se aos planos dos altos executivos, sendo estes os sócios
e principais diretores da organização. Seu papel inclui a definição da missão, da
filosofia e dos objetivos gerais da organização, o desenvolvimento das estratégias
organizacionais para que esses objetivos sejam alcançados com êxito e a
manutenção da estrutura organizacional capaz de prover o comprometimento de
todos em relação a suas determinações. Em relação ao controle estratégico, a alta
administração deve decidir os elementos do ambiente externo e da organização a
serem monitorados, avaliados e controlados.
Nível de negócio: diz respeito aos planos de cada uma das unidades de negócio da
organização. Para uma montadora automotiva, por exemplo, haverá planos
estratégicos específicos para o segmento de carros populares e outras para os
carros de luxo. Enquanto no nível estratégico a principal é questão se refere a saber
em que setores ou negócios se deve operar, neste nível é como se deve competir
em cada um desses. Os administradores de cada unidade podem escolher entre
várias estratégias para orientar seu negócio, podendo ser adotadas medidas
inovadoras ou mais conservadoras, de acordo com suas vantagens competitivas.
Nível funcional: está relacionado aos planos de cada área funcional trabalhando
dentro de uma unidade de negócio. Aspecto importante desse nível é a
interdependência de seus elementos: uma mudança em uma função
invariavelmente afetará o modo como outras funcionam. Finanças, marketing e
pesquisa & desenvolvimento, entre outras, devem considerar a eficácia da
estratégia de toda unidade de negócio, mesclando-se de forma homogênea ao se
definir seus planos particulares. Nesta tese, enfoque especial será dado à função
produção, a qual, neste nível hierárquico, está relacionada a seus planos de longo
prazo (e.g. Plano Mestre de Produção – MPS [Wight, 1984]).
Nível operacional: é associado às operações propriamente ditas, i.e., à produção
dos bens e serviços. Refere-se ao planejamento de manufatura de médio e curto

20
prazo, relacionado às atividades de transformar pedidos e ordens de produção em
produtos.
Ainda que haja variações na maneira como esses são denominados, trata-se de
níveis típicos, encontrados na maioria das organizações.
Buscando-se a expansão da aplicação de um sistema voltado para a
Administração Estratégica, encontra-se em Austin (2000) uma amplitude maior em sua
implementação, na qual aloca-se esse ambiente no apoio à elaboração de alianças
estratégicas. No entanto, para esse intento, todo processo de rastreabilidade da
estratégia deve ser estendido para além das fronteiras intra-organizacionais, i.e., várias
organizações devem compartilhar e sincronizar seus planos, seguindo objetivos em
comum.
E isso pode gerar dificuldades como conflitos de interesse entre as partes. Ainda,
as dificuldades em se efetivar alianças estratégicas podem aumentar ainda mais
quando a componente agilidade está relacionada, padrão necessário tal qual imposto
pela Economia Digital e defendido por esta tese. Surge, portanto, a necessidade de
estruturas apropriadas, desenvolvidas para prover a integração entre diversos níveis.
Planejamento e controle da produção
As atividades de planejamento e controle da produção constituem as funções de um
sistema de manufatura ou serviço que se preocupam com o gerenciamento das
atividades de operação produtiva, satisfazendo a demanda dos consumidores. Seu
propósito é garantir que a produção ocorra de maneira eficaz, gerando produtos da
maneira correta. Isso requer a conciliação do fornecimento e da demanda em termos de
volume, tempo e qualidade.
O equilíbrio entre planejamento e controle muda ao longo do tempo. Em longo
prazo, a ênfase está no planejamento agregado e no encaixe das atividades no
orçamento da empresa. Em curto prazo, opera dentro das limitações de recursos das
operações. É a atividade de programação, uma das mais complexas tarefas no
planejamento da produção, onde os programadores devem lidar com diferentes tipos de
recursos simultaneamente.

21
Incertezas, tanto de fornecimento como de demanda, afetam a complexidade das
tarefas de planejamento e controle da produção. Com isso, não apenas as atividades
de controle, mas também os estudos de previsão, são vitais para o bom funcionamento
dessas funções.
Existem diversas abordagens específicas na literatura que atendem aos diversos
aspectos do planejamento e controle da produção. Do Planejamento de Recursos de
Manufatura (MRP) [Wight, 1984], cuja visão sistêmica pode ser encontrada na figura
2.3, ao modelo japonês baseado na Manufatura Enxuta [Monden, 1983], inúmeras
soluções e ferramentas podem ser encontradas e aplicadas.
2.1.2 Arquitetura
No contexto artístico, Le Corbusier, ícone do Modernismo e precursor da aplicação do
cubismo sintético na arquitetura, define:
“[Arquitetura] é o estabelecimento de padrões para enfrentar o problema
da perfeição.” [Le Corbusier , 1923]
Figura 2.3: Exemplo de sistema de planejamento e controle de manufatura baseado em
um MRP de ciclo fechado [adaptado de Vollman et. al, 1990]

22
A arquitetura se concebe (projeta) e se realiza (constrói) como resposta a uma
série de condições previamente existentes [Ching, 1979]. Por suas características,
essas condições podem ser simplesmente funcionais ou podem refletir, em distinto
grau, propósitos de tipo social, econômico e político, incluindo suas dimensões físicas e
abstratas.
Ao aplicá-la, restringe-se um sistema a se adaptar à arquitetura. Desse modo,
essa pode garantir certas propriedades comportamentais a esse sistema, uma vez que
seus componentes são configurados de acordo com a arquitetura.
Ainda, uma arquitetura pode ser útil de várias maneiras durante o processo de
concepção, projeto, implementação e operação de um sistema.
Arquitetura de sistema
Arquitetura de sistema se refere a uma solução para um problema específico. Trata-se
de um produto, resultado do processo de projeto que desenvolve um modelo para
atender aos requisitos de um sistema. Essa arquitetura especifica a estrutura dessa
solução, seus componentes e responsabilidades, além de suas dependências,
interfaces, interações e restrições.
Embora focada no desenvolvimento de programas computacionais, uma
definição que atende ao contexto desta tese é:
“Arquitetura de sistema é a estrutura dos componentes de um sistema,
suas inter-relações, princípios e diretrizes que governam seu projeto e sua
evolução no tempo.” [Garlan & Perry, 1995]
O projeto de sistemas tem ficado cada vez mais complexo, sobretudo quando
diferentes soluções tecnológicas de processamento de informações e comunicação são
largamente empregadas. Desse modo, quando um sistema é construído, é importante
que uma compreensão, que mostre seus elementos e como eles se relacionam entre si,
possa ser construída.

23
A analogia com uma casa, um sistema específico dentro dessa definição, ajuda a
entender esse conceito. Ao se projetar uma futura construção, desenhos devem ser
feitos para que as idéias do arquiteto possam ser interpretadas. Múltiplas vistas e níveis
de abstração devem ser criados, mostrando detalhes construtivos ocultos na visão de
seu todo. Assim, para o projeto arquitetônico em si, uma linguagem, muitas vezes
baseada em croquis e maquetes, é utilizada, enquanto que a apresentação de seu
projeto executivo adota outros modelos e simbologias.
O mesmo ocorre na arquitetura de qualquer outro sistema, seja esse uma
organização industrial ou um programa computacional, onde linguagens e abstrações
específicas devem ser usadas.
Arquitetura de referência
Quando uma arquitetura de sistema é utilizada como estilo ou método, essa é chamada
de arquitetura de referência. Refere-se a um princípio de projeto coerente, o qual é
utilizado em um domínio específico ou uma família de problemas.
Voltando a analogia com a construção civil, ao se projetar uma casa, estilos
arquitetônicos, os quais implicarão nos princípios de engenharia e nas tecnologias
construtivas adotadas, devem ser selecionados. De acordo com os requisitos da
residência, sejam esses funcionais ou simples questões estéticas que agradam a seus
futuros moradores, estilos mais arrojados ou conservadores, modernos ou clássicos,
podem ser adotados.
Para sistemas de manufatura, inúmeras arquiteturas podem ser encontradas na
literatura. Por exemplo, para a implementação de um sistema baseado na Manufatura
Integrada por Computador (CIM) [Scheer, 1995], a Arquitetura de Sistema Aberto para
CIM (CIM-OSA) pode ser selecionada (figura 2.4). Seguindo essa arquitetura, os
processos de negócio de um sistema podem ser modelados de acordo com seu
princípio de derivação, particularização e geração [Vernadat, 1996].

24
2.1.3 Terminologia complementar
Além das definições apresentadas até aqui, outros termos são essenciais e devem ser
definidos para compor a base fundamental desta tese. São esses:
Metodologia: conjunto de diretrizes, técnicas e procedimentos que possam ser
comprovadamente utilizados para implementar a solução para um problema
específico [Houaiss, 2001]. Por exemplo, para se chegar aos desenvolvimentos
desta tese, uma metodologia apurada, descrita em planos de seu projeto de
pesquisa, foi adotada para gerar os resultados esperados.
Método: técnica ou procedimento sistemático para se fazer algo [Houaiss, 2001]. É
através de um método que um objetivo pode ser alcançado, como, no caso desta
tese, a referência à utilização de técnicas de projeto axiomático para a criação de
um ambiente de apóio à construção de sistemas holônicos.
Ferramenta: instrumento utilizado para se executar uma atividade [Houaiss, 2001].
Como exemplo, ferramentas computacionais como a rede de agentes serão
utilizadas para modelar a estrutura de um sistema inteligente de manufatura.
Figura 2.4: Arquitetura de referência CIM-OSA [Vernadat, 1996]

25
Paradigma: base filosófica ou teórica de uma escola ou disciplina na qual teorias,
leis e generalizações são formuladas [Houaiss, 2001]. É a partir dessa base que
experimentos que suportem essas formulações podem ser realizadas.
Tecnologia: conjunto de conhecimento científico que lida com a criação e a
aplicação de descobertas e invenções, e sua relação com a vida, sociedade e meio
ambiente [Houaiss, 2001]. Esta tese fez ampla utilização da tecnologia da
informação como base fundamental de seus desenvolvimentos.
Infra-estrutura: arcabouço de instalações necessárias para a operação de um
sistema [Houaiss, 2001]. Por exemplo, a infra-estrutura básica para qualquer
sistema baseado em inteligente artificial é o computador ou qualquer outra forma
não natural de processamento.
2.2 Do vapor à manufatura inteligente
Meados do século XVIII, e o homem descobre a força das máquinas na produção. A
utilização do vapor, sobretudo na Grã-Bretanha, muda o modo de trabalho das
indústrias: é o início da Primeira Revolução Industrial. Chega a eletricidade no século
XIX, e com essa a produção do aço. Há uma intensa transformação dos meios de
transporte e comunicação e surgem as estradas de ferro, o automóvel, o avião, o
telégrafo sem fio e o rádio. O capitalismo financeiro se consolida e nascem as primeiras
grandes organizações multinacionais. [Evans, 2001]
A virada para o século XX é marcada pela moderna administração influenciada
por dois nomes: Frederick W. Taylor e Henry Fayol. Fundador da doutrina da
administração científica do trabalho, Taylor se preocupa em aumentar a eficiência da
indústria por meio da racionalização do trabalho dos operários [Taylor, 1911]. Já Fayol,
com a Escola Clássica de Administração, desenvolve técnicas para a adoção de
procedimentos que visem o aumento de produtividade através do foco na estrutura
organizacional das empresas [Fayol, 1916].
Mas é apenas depois da Primeira Grande Guerra que Henry Ford derruba
séculos de manufatura artesanal, desenvolvendo os conceitos da Produção em Massa

26
[Womack et al., 1990]. Desse modo, e impulsionado pela indústria automobilística, o
centro da economia mundial migra da Europa para os Estados Unidos.
Nessa mesma época, Alfred P. Sloan e a General Motors definem o modelo de
organização coorporativa [Weber, 1947] que sobrevive até os dias de hoje [Certo &
Peter, 1990]. Administrador nato, Sloan mostra que o compromisso da GM não é com a
concepção de automóveis, mas com sua lucratividade. No final dos anos 20, a GM
ultrapassa a Ford Motor Company tanto no número de carros vendidos quanto nos
lucros [Womack et al., 1990].
Vem a segunda-feira negra de 28 de outubro de 1929, e a crise trazida pelo
crash da Bolsa de Nova Iorque leva ao contestamento do processo de produção no seu
todo: a cadeia favorece a produtividade, mas não é flexível, e, sobretudo, ignora o
homem. A corrente seguidora da Teoria das Relações Humanas conta com grandes
empresas como IBM e Sears, mas o aumento da produção bélica no período faz os
modelos de Taylor e Ford prevalecerem [Follett, 1941]. A vitória americana na Segunda
Grande Guerra marca não apenas o triunfo de suas tropas, mas também de seu modelo
de gestão.
Seguindo essa tendência, um jovem engenheiro japonês, Eiji Toyoda, visita o
lendário complexo de Rouge da Ford Motor Company em 1950. Somando suas
observações ao brilhantismo de um de seus colaboradores, o também engenheiro
Taiichi Ohno, desenvolve-se o Toyota Production System e os princípios do Sistema de
Manufatura Enxuta. Agora, sim, o homem, suas habilidades e raciocínio passam a ser
valorizados [Womack et al., 1990].
As décadas que se sucedem são caracterizadas pelo apogeu do planejamento.
Peter F. Drucker [Drucker, 1954] ganha notoriedade e a nova ordem é o Planejamento
Estratégico. Numa das frases mais memoráveis e citadas da literatura administrativa,
Drucker diz: “só há uma definição válida do objetivo de um negócio: criar um cliente”.
Nessa época, esses objetivos são colocados por Theodore Levitt [Levitt, 1962] e Philip
Kotler [Kotler, 1967] em termos do Planejamento de Marketing.
Chega o final da década de 70, e o mundo finalmente se rende a uma evidência:
“os japoneses aprenderam”. O poder competitivo de suas indústrias passa a ser

27
conhecido e conceitos como shojinka, just-in-time e kaizen, há mais de vinte anos
aplicados por aqueles jovens engenheiros, começam a ser disseminados por todo o
mundo [Monden, 1983].
Nesse momento, o Japão afasta seu estigma de imitador de baixo custo para se
impor pela qualidade. E, paradoxalmente, são dois norte-americanos, W. Edwards
Deming [Deming, 1986] e Joseph M. Juran [Juran, 1980], que lhes transmitem o culto à
qualidade que não conseguiram vender a seus compatriotas.
Além da qualidade, outro padrão competitivo imposto pelas indústrias japonesas
é a flexibilidade [Womack, 1990]. Essa época é também marcada pela busca de
sistemas cada vez mais autônomos, aumentando o nível de automação das empresas.
Desde o primeiro computador com aplicação comercial, o UNIVAC-I, entregue a
General Electric ainda em 1954, muitos desenvolvimentos haviam ocorrido. Com o
surgimento do computador pessoal (PC) no final da década de 70 [Friedrich, 1983], as
operações começam a ser cada vez mais apoiadas pelas máquinas.
Planejamento de Recursos de Manufatura (MRP – Manufacturing Resource
Planning) [Wight, 1984], Planejamento de Recursos da Empresa (ERP – Enterprise
Resource Planning) e Gerenciamento da Cadeia Logística (SCM – Supply Chain
Management) [O’Brien, 2003]: a integração invade gradativamente o ambiente produtivo
e, nos anos 90, empresas investem seus recursos na implantação de sistemas de
informação.
O final do século XX é marcado pelos benefícios da internet e as compras
eletrônicas fazem com que esses sistemas integradores ultrapassem as fronteiras
coorporativas. Inicia-se a Era Digital [Tapscott, 1996], onde o conhecimento é o mais
valioso dos bens de uma empresa. Agilidade é o novo desafio e, para isso, surgem
novidades como a Manufatura Ágil [Kidd, 1994], as Empresas Virtuais [Camarinha-
Matos & Afsarmanesh, 1999] e os Sistemas Holônicos de Manufatura [Valckenaers et
al., 1994]. É a utilização dos conceitos da Inteligência Artificial para se criar mais do que
robôs. É o início da manufatura inteligente.

28
2.3 Contexto atual das organizações
A globalização, como efeito direto, levou a ampliação do espaço de competição
[Levitt,1983]. No entanto, em um conceito mais amplo, não se tratou apenas da
realização de negócios em um determinado número de países em todo mundo. Tratou-
se, sim, de uma nova maneira de se fazer negócios, equiparando-se a qualidade dos
produtos e serviços com as necessidades específicas dos consumidores locais. Foi
uma maneira de organizar a vida empresarial, respondendo a fatores de concorrência,
mercado e tecnologia.
A primeira conseqüência da globalização foi a construção de novos ambientes
institucionais internacionais, os quais propiciaram transações de modo a alargar as
fronteiras de mercados entre diferentes países. Isso pode ser visto a partir da formação
dos diversos mercados comuns: NAFTA, União Européia, Mercosul, etc. E, de acordo
com Chandler Jr. (1990), esse aumento no tamanho de mercado proporciona a maior
divisão do trabalho, esta, então, responsável pelo mais elevado nível de
desenvolvimento econômico.
No entanto, além da ampliação do tamanho do mercado, a globalização gera,
como segunda conseqüência, mudanças qualitativas no ambiente competitivo. Os
consumidores pedem maior diversificação e diferenciação de produtos e serviços, isso
a uma taxa de mudança de hábitos de consumo maior. Passa-se, agora, a se privilegiar
as economias de escopo, associadas a flexibilidade e disponibilidade [Chandler, 1990].
Portanto, no nível privado, a globalização implica em mudanças de padrões
competitivos [Schonberger, 1996] que requerem uma re-estruturação que assuma os
requisitos dos novos arranjos institucionais. Essa re-estruturação deve ocorrer nos três
níveis básicos de uma empresa: o nível micro ou individual, relacionado às mudanças
na atitude ou no comportamento das pessoas; o nível intermediário, que se refere às
mudanças administrativas e organizacionais; o nível macro ou societário, onde a
mudança é normalmente caracterizada por grandes transformações sociais, revoluções
ou processos sócio-culturais.

29
2.3.1 Mudança de valores
A abertura de mercado causa a intensa concorrência sendo a variável preço um fator
altamente relevante. Os consumidores, à medida que estão mais interessados em
produtos baratos do que quem é o fornecedor em si, criam um ambiente com certa
homogeneidade de produção e prestação de serviços. Resta para as empresas, a fim
de manterem sua sobrevivência, se diferenciarem [Franco & Batocchio, 1999].
O aumento do valor como uma meta no planejamento de futuros negócios volta a
ser foco de muitas empresas, assim como fora outrora. Antonio Batocchio mostra que o
conhecimento é o principal ingrediente do que se produz, faz, compra e vende [em
Franco, 1998]. Os capitais necessários para a atual criação de valor (riqueza) não são a
terra nem o trabalho físico, tampouco as ferramentas mecânicas e fábricas. Ao
contrário, são os ativos baseados no conhecimento. A inteligência tomou o lugar da
matéria e da energia. Surge, então, um novo conceito: o Capital Intelectual.
O Capital Intelectual é a soma de tudo o que as pessoas da empresa sabem que
leva a uma vantagem competitiva no mercado [Edvinsson & Malone, 1997]. Assim, o
valor de mercado de uma empresa pode ser obtido somando-se seu capital financeiro
ao capital intelectual, que pode ser dividido em capital humano, capital de clientes,
capital de inovação e capital de processos. O Capital Intelectual pode ser incrementado
através da expansão da inteligência, do encorajamento a inovação e do exercício da
integridade.
Esse conceito pode, ainda, ser extrapolado, colocando a filantropia como fator de
diferenciação [Vassallo, 1998]. De um lado, as corporações transmitem conceitos como
avaliação de resultados, estabelecimento de metas, foco, parcerias estratégicas. De
outro, há creches, orfanatos e asilos. Tudo isso pode estar ligado a algo que vai além
da benesse do mercado: a função social da empresa, o quanto ela é importante para a
sociedade, também agrega valor, criando um fator que leva a vantagem competitiva.
2.3.2 Competência tecnológica
Com a concorrência acirrada ainda mais pela Economia Digital, investimento e inovação
se tornam fatores decisivos para liderança de uma empresa. O confronto com novas

30
tecnologias é essencial para a sobrevivência no ambiente competitivo [Franco &
Batocchio, 1999].
A competência tecnológica é um componente importante na estratégia de
qualquer empresa, refletindo-se não apenas em seus produtos, mas também em suas
técnicas de produção. É a busca por novos caminhos para enfrentar seus desafios.
De acordo com Niefer (1990), a base da competência tecnológica é a pesquisa
direcionada para o futuro, aumentando o peso dos investimentos nas áreas de
Pesquisa & Desenvolvimento com finalidades de:
Preparar em tempo hábil uma base tecnológica segura.
Desenvolver novos trabalhos para se formar uma base de inovações.
Prestar auxílio em questionamentos novos e não convencionais.
Assumir um papel de pioneirismo e dar orientações.
Por maior que seja uma empresa, o tamanho desses investimentos não deve ser
um critério único de êxito. Em vistas da quantidade de desenvolvimentos sendo
realizados em seu ambiente externo, a colaboração é uma medida de desempenho a
ser considerada. A associação de pesquisas internas com projetos de cooperação com
institutos de ensino e pesquisa, esses, sim, integrados com novas tecnologias de uma
forma multidisciplinar, se torna fundamental nesse contexto.
Dessa forma, a pesquisa indica novos caminhos e possibilidades, gerando
estratégias futuras que formam um recurso importante num ambiente caracterizado pela
rápida transformação tecnológica. Isso, sem dúvidas, influenciará a posição econômica
futura da empresa.
2.4 Modernos sistemas de manufatura
No entanto, ainda que a economia global tem anunciado o aumento de competição, as
indústrias não têm mudado seu modo de produção para atender às novas exigências.
Com base no resultado de estudos em mais de 500 empresas, Schonberger (2001)
argumenta que as maiores companhias de manufatura estão perdendo força. Seus

31
problemas estão arraigados com a complacência, a satisfação com inventários
elevados, os projetos pobres, os equipamentos ruins, as estruturas organizacionais
antiquadas, os problemas de gestão do trabalho e, até mesmo, com acordos para
agradar investidores.
Nessa indicação de que há problemas nas atuais práticas de manufatura, o
melhor remédio a ser prescrito é a quebra de paradigmas. É nesse contexto que se
cunha o termo “moderno sistema de manufatura”, definindo esse como nome a ser
dado a cada sistema de manufatura capaz de atender aos desafios do século XXI.
A seguir, são apresentados exemplos bem sucedidos, sejam esses práticos ou
acadêmicos, do desenvolvimento de modernos sistemas de manufatura.
2.4.1 Manufatura Ágil
Uma resposta às exigências de mercado é a sua fragmentação, levando a
customização em massa, na qual o sistema de produção é exigido ao máximo para
prover soluções individualizadas ao segmento específico de mercado. Esmail e Saggu
(1996) apresentam algumas mudanças de paradigma necessárias para as empresas
enfrentarem o futuro, destacando-se:
Disponibilizar novos produtos de forma rápida.
Assimilar facilmente experiência e inovações tecnológicas.
Utilizar sistemas de produção re-programáveis e re-configuráveis.
Produzir uma unidade com o mesmo custo de grandes lotes.
Focar nos ganhos do negócio e não no lucro do produto.
Nesse cenário, são colocados novos desafios ao sistema de manufatura, já que
esse precisa atender consumidores em diferentes mercados sem prejuízo de custo e
lead time. Como resposta, surge o conceito de Manufatura Ágil:
“Manufatura Ágil é a habilidade de uma empresa de administrar a
mudança, no imprevisível mundo do comércio e da indústria e, sobreviver
no mercado que demanda uma rápida resposta às inesperadas mudanças

32
nas demandas do consumidor, nos desafios competitivos e nas rupturas
tecnológicas.” [Owen & Kruse, 1997]
Ainda, segundo Esmail & Saggu (1996), uma empresa ágil demanda processos
de manufatura capacitados a explorar as oportunidades num clima de incerteza,
imprevisível e em condições de mercado altamente turbulentas. A empresa ágil é
aquela com capacidade de reagir rapidamente às mudanças de ambiente.
Kidd (1994) afirma que Manufatura Ágil pode ser considerada como uma
estrutura dentro da qual cada companhia pode desenvolver suas próprias estratégias
de negócios e de produtos. Para se atingir a Manufatura Ágil, a empresa deve se
enfocar nas funções e inter-relações entre (e dentre) seus três recursos primários:
Pessoas: qualificação (habilidade de conhecimento) e pessoas com empowerment.
Organização: estrutura organizacional de administração inovadora.
Tecnologia: flexível e inteligente, adaptada em função das pessoas.
Os sistemas de manufatura vêm evoluindo na direção da Manufatura Ágil. Na
figura 2.5, pode-se ver as características de cada sistema e sua evolução para a
agilidade.
Finalmente, para que uma empresa se torne ágil, ela deverá realizar mudanças
em sua cultura, em sua prática de negócio e nas relações com as demais empresas ao
redor do mundo. Gould (1997), analisando empresas inglesas, afirma que com agilidade
ocorrerá uma transformação do modelo tradicional para um modelo que está
emergindo. Esse modelo irá variar para diferentes tipos de organização, mas
Figura 2.5: A evolução para a agilidade dos sistemas de manufatura [Gould,1997]

33
provavelmente conterá um número de elementos genéricos. O desafio é descobrir o
que é apropriado e em que nível as pessoas terão de conduzir a implementação da
agilidade nas companhias de manufatura.
2.4.2 Empresas Virtuais
Um dos mais avançados entre os paradigmas associados ao princípio de cooperação
entre empresas é a Empresa Virtual (VE). O PRODNET II (Production Planning and
Management in an Extended Enterprise), grupo internacional de pesquisa financiado
pelo programa europeu Esprit, fornece a seguinte definição:
“Uma Empresa Virtual é uma aliança temporária de empresas que se
unem para compartilhar habilidades e recursos de modo a responder
melhor a oportunidades de mercado, e cuja cooperação é suportada por
redes computacionais.” [Camarinha-Matos & Afsarmanesh, 1999]
Empresas podem cooperar entre si em todo ciclo de vida de um produto. Essa
cooperação pode ser guiada pode várias razões como redução de custos, ganho de
flexibilidade e foco em competências chave.
O processo de fabricação em empresas virtuais envolve uma vasta gama de
tecnologias, incluindo recursos de hardware e software para formar um ambiente
integrado. Assim, a formação de uma Empresa Virtual implica que suas empresas
utilizem mecanismos de comunicação para troca de informações e sincronização de
suas operações. Serviços de alto nível, como o suporte ao desenvolvimento cooperativo
de produtos, exigem infra-estruturas bastante robustas, seguras e eficientes. No nível
administrativo, inúmeras ferramentas devem ser disponibilizadas para efetivar a
cooperação entre as empresas [Fraga et al., 2003].
Outro paradigma diretamente relacionado às Empresas Virtuais é a Empresa
Estendida [Browne & Zhang, 1999]. Esta também trata da formação de um ambiente
que aproxima a coordenação de empresas de manufatura independentes e seus
respectivos fornecedores. No entanto, seu conceito está baseado numa formação não

34
temporária que, ao contrário das Empresas Virtuais, possibilita que objetivos
estratégicos de longo prazo possam ser estabelecidos.
2.4.3 Consórcio Internacional de IMS
No final dos anos 80, Hiroyuki Yoshikawa já havia reconhecido que nenhuma
organização, ou mesmo país, poderia aprender por si só o suficiente para formar a base
para avanços futuros neste complexo mundo [Yoshikawa, 1993]. Assim, ele propôs o
desenvolvimento de um esquema de compartilhamento de experiências e inteligência.
Uma das iniciativas inspiradas nos trabalhos de Yoshikawa foi o denominado
Consórcio Internacional de IMS (Sistemas de Manufatura Inteligentes), que pretende
levantar novas luzes sobre o que se fazer para se tornar competitivo no século XXI. Os
governos da Austrália, Canadá, Japão e Estados Unidos acordaram e, em 1995, o
Consórcio Internacional de IMS foi sediado no Canadá para gerenciar e direcionar suas
operações [ISC1, 1995]. Hoje, a Suíça, a Noruega e a Coréia também participam desse
seleto grupo [ISC3, 1996].
O Consórcio Internacional de IMS compreende uma pequena secretaria
suportando um Comitê Diretor Internacional que capta recursos de todos os
participantes. Seu objetivo vem sendo a criação de novas tecnologias que atendam as
necessidades do século XXI [ISC16, 2003]. Em uma análise de viabilidades, seis
estudos de caso foram aprovados em 1994. Hoje, já são mais de 15 projetos
concluídos, dentre os quais se destacam os projetos expostos nas seções seguintes.
Test Case 4 – Globeman 21
O Globeman 21 (Enterprise Integration for Global Manufacturing for the 21st Century) foi
um projeto industrial direcionado para a criação de novos processos e tecnologias para
a manufatura do século XXI [Nemes & Brown, 1998]. Coordenado pela Toyo
Engineering Corporation, esse projeto contou com a participação de empresas como a
IBM Japan, Toyota Motor Corporation e a Omron Corporation. No lado acadêmico,
estiveram unidas instituições como a Carnegie-Mellon University, nos Estados Unidos, o
Fraunhofer Institute fur Produktionsteknik und Automatisierung, na Alemanha, e a
University of Tokyo, no Japão.

35
Sua missão foi demonstrar como transformar as práticas de manufatura para
estruturas rígidas de cadeias de fornecedores em redes dinâmicas formadas por
empresas ágeis globalmente distribuídas. Com o alcance de seus principais objetivos,
novos processos de negócio, seus métodos, modelo e tecnologias, foram criados para
esse ambiente de manufatura global.
Com o término do Globeman 21 em 1999, surgiu um novo projeto, o Globeman
(Global Engineering and Manufacturing in Enterprise Networks), cujo objetivo foi
promover a colaboração no desenvolvimento de projetos entre diferentes companhias
distribuídas através da exploração do estado da arte em infra-estruturas para tecnologia
de informação [van Busschbach et al., 2002]. Concluído em abril de 2003, o projeto
Globeman desenvolveu a Arquitetura de Referência e Metodologia para Empresas
Virtuais (VERAM), a qual, de acordo com a figura 2.6, estrutura o conhecimento que
suporta o trabalho em engenharia e manufatura global em redes de empresas.
Figura 2.6: Componentes da arquitetura de referência do projeto Globeman
[Vesterager et al., 2002]

36
Test Case 5 – Holonic Manufacturing Systems
Os sistemas de manufatura integrados em cadeias logísticas convencionais estão se
tornando obsoletos e serão gradualmente abandonados. Por isso, algumas iniciativas,
objetivando o desenvolvimento de novas tecnologias, vêm sendo tomadas. Uma dessas
é o desenvolvimento do Sistema Holônico de Manufatura (HMS) [Valckenaers et al.,
1994].
Coordenado pela Toshiba Corporation, o projeto HMS do Consórcio Internacional
de IMS teve a participação de empresas como Hitachi Ltd., Rockwell e Mercedes Benz.
Como apoio acadêmico, participaram, entre outros, a Kobe University, no Japão, a
University of Calgary, no Canada e a Katholike Universiteit Leuven, na Bélgica.
Base desses trabalhos, e ponto fundamental desta tese, é a colocação feita
pelos pesquisadores de Leuven e de Calgary:
“A próxima geração de sistemas (inteligentes) de manufatura formarão
efetivamente, de forma distribuída, fábricas virtuais re-configuráveis, nos
quais módulos humanos (pessoas), máquinas e programas se interagem
em grupos virtuais, formados dinamicamente. Tais sistemas podem ser
modelados como inteligentes, autônomos e de elementos cooperativos, os
quais formam sistemas re-configuráveis, extensivos e gradativos.” [Van
Leeuwen & Norrie, 1997]
Partindo do paradigma holônico de Arthur Koestler [Koestler, 1967], o HMS vem
emergindo como um sistema de manufatura avançado. Ainda segundo os princípios do
HMS, a melhor maneira de se enfrentar os desafios do século XXI é através de um
sistema aberto, distribuído e inteligente, formado por unidades modulares de grande
flexibilidade, possíveis, ainda, de serem re-utilizáveis. Essas unidades devem ser
capazes de se organizarem de acordo com seu ambiente, respondendo de forma
inteligente a distúrbios não previsíveis, mantendo uma produção suave e contínua.
Com o término do projeto HMS em junho de 2000, uma segunda se iniciou
[ISC12, 2000].

37
2.4.4 Paradigmas relacionados ao HMS
Uma vez que os conceitos sobre Sistemas Holônicos de Manufatura são essenciais
para o desenvolvimento desta tese, esses serão tratados mais profundamente no
restante do trabalho. No entanto, existem algumas peculiaridades desse sistema em
relação ao desenvolvimento de outros sistemas de manufatura que devem ser
mencionadas neste ponto.
Ao citarem paradigmas de controle de manufatura emergentes, alguns autores
[Tarumarajah et al., 1996; Bell et al., 1999; Leitão & Restrivo, 2001] comparam os
sistemas holônicos com a Manufatura Biônica e a Fábrica Fractal. Embora não mais tão
emergentes, os conceitos desses três paradigmas possuem algumas sobreposições,
sobretudo no que diz respeito a seus esforços em definir relações de partes e todos a
partir da pesquisa de vários aspectos da natureza como organismos vivos e
sociedades.
Já a principal diferença desses paradigmas está na abordagem adotada para
conceber tais relações. Enquanto o paradigma holônico segue o conceito de todos com
características de partes, os demais possuem as seguintes particularidades:
Manufatura Biônica: modela sistemas de manufatura tendo como base a hierarquia
de componentes encontrados em sistemas biológicos, como células, órgãos e
organismos [Okino, 1992]. Como existem vários exemplos na Biologia de sistemas
que possuem a capacidade de se adaptarem a mudanças em seu ambiente, o
objetivo da Manufatura Biônica é projetar um sistema artificial com características
similares de auto-organização. Para isso, Okino (1992) propõe o neologismo
modelon, o qual é composto por operadores e memória comum e a hierarquia de
modelons filhos. Os operadores apóiam a comunicação e outras interações entre os
modelons filhos. A memória comum, tal qual em quadro negros, estruturas de
processamento de informação utilizadas pela Inteligência Artificial, é o meio de
comunicação para esses operadores e modelons filhos.
Fábrica Fractal: é um conceito originado na Teoria de Geometria Fractal proposto
por Benoit B. Mandelbrot [Mandelbrot, 1982], a qual fornece ferramentas para
analisar e descrever objetos geométricos em espaços multidimensionais. A palavra

38
fractal vem do latim fractus, que significa quebrado ou fragmentado. Cada um
desses fractais contém as características básicas da estrutura como um todo.
Acredita-se que essa idéia provê meios para integrar operações de fábricas e
organizações de maneira eficiente [Warnecke, 1992]. As características de uma
fábrica fractal incluem auto-similaridade, auto-organização, auto-otimização,
orientação a objetivos e dinamismo. Uma das implicações da auto-similaridade é
que cada fractal deva ser uma (pequena) Fábrica Fractal.
Além das diferenças conceituais apontadas, cada paradigma possui um contexto
próprio no qual foram concebidos. Isso faz com que sua implementação seja mais
compatível a determinadas culturas industriais. No entanto, não fazendo parte do
escopo deste trabalho uma discussão detalhada comparando esses sistemas, sua
análise limita-se aos pontos apontados.

39
Capítulo 3
O Paradigma Holônico
Esta tese busca contribuir com o desenvolvimento de sistemas mais aptos para enfrentarem os desafios
deste século através da aplicação de novos paradigmas para manufatura. Seu fundamento principal está
baseado nos holons e holarquias criados por Arthur Koestler [Koestler, 1967]. Mas a simples aplicação
desse paradigma em ambientes de manufatura não leva diretamente a novas soluções, devendo, para
esse fim, serem utilizados estudos em áreas como a Psicologia, a Biologia e a Sociologia para prover
metáforas que melhorem o entendimento do problema em questão. É a utilização da Postura Intencional
sustentada no começo deste trabalho [Dennett, 1996].
Para tanto, este capítulo partirá de um melhor discernimento sobre o que é inteligência,
mostrando o ponto de vista de um sistema social em busca de agilidade para solucionar seus problemas.
Uma vez compreendido esse conceito, suas coordenadas serão mudadas para o foco desta tese:
organizações inteligentes capazes de atender às necessidades da manufatura neste começo de século.
Apontada como um dos principais problemas no contexto apresentado, a coordenação desses sistemas,
seu planejamento distribuído e a negociação de eventuais conflitos, será tratada segundo os requisitos
dos sistemas distribuídos. Os princípios e conceitos do paradigma holônico serão, então, apresentados.
Ciente de que seu entendimento é fundamental para todo o desenvolvimento desta tese, o uso de
metáforas e ilustrações práticas mostrará como esse paradigma poderá ser utilizado para modelar o
comportamento de sistemas sociais ou biológicos.
3.1 O que é inteligência?
Embora se saiba reconhecer claramente um comportamento inteligente, a definição
absoluta de inteligência desafia muitos cientistas. Aspecto específico dessa questão, o
qual pode ser encontrado desde a mitologia grega, o desenvolvimento de máquinas
inteligentes que capturem a vitalidade e a complexidade da mente humana é objeto de
desejo de muitas sociedades [Brooks, 2002].

40
Alguns psicólogos vêem a inteligência como uma capacidade geral para a
compreensão e o raciocínio que se manifesta de várias maneiras. Surge, assim, o
seguinte conceito que, nas mãos de Alfred Binet e Théodore Simon se tornou a base
fundamental para os primeiros testes psicológicos de inteligência:
“Parece-nos que, na inteligência, existe uma faculdade fundamental, cuja
alteração ou ausência é da mais extrema importância para a vida prática.
Esta faculdade é o julgamento, também chamado de bom senso, iniciativa,
faculdade de adaptação de si mesmo às circunstâncias. Para o bom
julgamento, a boa compreensão e o bom raciocínio, essas são atividades
essenciais da inteligência.” [Binet & Simon, 1905]
Alan M. Turing, pioneiro nos estudos das relações entre máquinas e inteligência,
estimula a todos com o Teste de Turing. É a substituição da questão da inteligência por
um teste empírico. Em seu trabalho “Computing Machinery and Intelligence”, Turing diz:
“Acredito que no fim do século o uso de palavras e a opinião geralmente
educada terão se alterado tanto que alguém será capaz de falar de
máquinas pensantes sem ser contradito.” [Turing, 1950]
Allen Newell, autor de inúmeras colaborações para as Ciências Cognitivas,
introduz um sistema de símbolos físicos como uma forma de representar a natureza
essencial de fenômenos associados à inteligência. Esse modelo, segundo Newell, é
uma condição necessária e suficiente para a construção de sistemas inteligentes
generalizados. Para isso, o conhecimento é de uma natureza superior, devendo ser
tratado no que Newell chama de nível do conhecimento (knowledge-level) [Newell,
1982; Newell, 1990]. E é a partir desse conceito que se define inteligência como sendo
a condição na qual um sistema se aproxima do nível de conhecimento.
Contrário a esse princípio, Rodney A. Brooks organiza em seu artigo “Elephants
don’t play chess” um manifesto argumentando que comportamentos inteligentes não
necessitam nem de representação e nem de inferência [Brooks, 1990]. Segundo ele, o

41
simbolismo, no qual a Inteligência Artificial se baseou em seus primeiros trinta anos, é
carente e impõe limitações severas para seu desenvolvimento. Desse modo, ele sugere
uma nova metodologia baseada na decomposição da inteligência em comportamentos
individuais, gerando módulos cuja co-existência e cooperação provêem a emersão de
comportamentos mais complexos. Para isso, é explorada uma metodologia de pesquisa
na qual se enfatiza interações físicas com o ambiente como uma fonte primária de
restrições para o projeto de sistemas inteligentes.
Já a Semiótica de Charles S. Peirce, disciplina das Ciências Humanas
denominada "arte dos sinais", estuda a inteligência a partir de aspectos básicos dos
fenômenos de cognição e comunicação [em Gudwin, 1996]. Enquanto a cognição trata
da apreensão e compreensão dos fenômenos que ocorrem no ambiente, a
comunicação estuda como os fenômenos apreendidos e compreendidos podem ser
transmitidos entre os seres inteligentes. Para isso, essa utiliza uma estrutura básica que
é o signo (ou representamen), o qual é qualquer coisa que representa algo para alguém
sob certo aspecto ou modo. Traduzindo seus conceitos para a busca de sistemas
inteligentes, surge a Semiótica Computacional, a qual é a tentativa de emular ciclos
semióticos em computadores digitais [Gudwin, 1996].
Independentemente da aceitação ou rejeição de qualquer teoria, o estudo e a
compreensão da inteligência humana têm levado a muitos desenvolvimentos científicos.
Da idéia de que a lógica é a base de toda Matemática, de acordo com o “Principia
Mathematica” de Alfred N. Whitehead e Bertrand Russell [Whitehead & Russel, 1924], e
passando pela arquitetura de computadores de John von Neumann [von Neumann,
1966], o século XX foi testemunha de uma coleção de trabalhos cujo desenvolvimento
culminou, sobretudo, nos atuais sistemas computacionais.
Segundo Marvin Minsky, ganhador do ACM A.M. Turing Award, assim como
Herbert A. Simon e Allen Newell, o maior desafio é dar bom senso às máquinas. Minsky
(1985) disserta sobre o surgimento da inteligência a partir da não inteligência.
Mostrando que a mente pode ser construída de pequenas partes, cada uma ignorante
em sua simplicidade, sustenta-se a idéia de que sua agregação numa configuração
especial pode levar a inteligência. A partir desse conceito, desenvolve-se sistemas

42
artificiais capazes de raciocinarem, aprenderem e até mesmo, um dia quem sabe,
emocionarem-se.
E é nessa direção que, sem a pretensão de tentar ser absoluta em sua definição,
esta tese enxerga inteligência como:
Inteligência é a habilidade de um sistema em integrar autonomia,
cooperação e organização de forma eficaz, de modo a prover meios para
se adaptar a diferentes situações e utilizar todo o conhecimento que se
tem a sua disposição para conduzir a solução de um problema.
Trata-se de uma interpretação da inteligência enquanto sistema (figura 3.1), a
qual denota, ainda que de maneira tácita, a existência de indivíduos. Sua base é a
formação de uma sociedade, conjunto que independe do nível intelectual de seus
constituintes. É uma definição desafiadora, que lança o problema de conceber,
desenvolver e manter tais sociedades.
3.2 Comportamento social
A agregação associada à cooperação, fazendo com que animais ajam em conjunto,
leva ao estudo de seu comportamento social, ou, numa forma mais genérica, ao estudo
da cooperação entre indivíduos. Assim como o fisiologista pergunta como o indivíduo, o
Figura 3.1: Visão sistêmica da definição de inteligência

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órgão ou a célula se mantém pela cooperação organizada de seus constituintes, o
sociólogo tem que perguntar como os constituintes do grupo, seus indivíduos, se
organizam para manter o grupo.
Um conjunto de empresas formando uma organização pode ser dito social,
enquanto que uma empresa atuando sozinha é solitária. Embora “social” indique que
exista mais que um indivíduo (pelo menos dois), nem toda agregação é social [Franco &
Batocchio, 2000]. O Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina Nikolaas Tinberger ilustra
essa questão através do comportamento de insetos e pássaros:
“Quando, numa noite de verão, centenas de insetos se juntam em torno
de nossa lâmpada, esses não são necessariamente sociais. Podem ter
chegado um a um [...]; agregando-se porque foram atraídos pela
lâmpada. Mas ‘starlings’ [pássaros comuns nos Estados Unidos] nos finais
das tardes de inverno, executando suas fascinantes manobras aéreas, [...]
realmente se interagem; eles seguem uns aos outros numa maneira tão
perfeita que nos leva a crer que possuem poderes super humanos de
comunicação.” [Tinbergen, 1964]
Vê-se que a agregação é apenas um prelúdio que pode levar ou não a
cooperação. Com base nessa observação sobre o texto de Tinbergen, é possível
entender que nem todo agrupamento de empresas forma necessariamente uma
sociedade. Para ser social, não é suficiente que um grupo de empresas tenha atrações
em comum, como no caso dos insetos em torno da lâmpada. Mas, tal qual pássaros
voando numa forma coordenada, e evidentemente mostrando cooperação, bons
exemplos de organizações devem exibir um comportamento social avançado.
Tradicionalmente, um indivíduo é definido como uma unidade indivisível e auto-
assertiva, com uma existência separada e independente. No entanto, esse sentido
absoluto não é encontrado em nenhum lugar: há, ainda, a cooperação e a
interdependência.

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